Расшифрован геном малоизвестной болезни цитрусовых открывает новые возможности
Ученые надеются, что РНК малоизученной инфекции однажды можно будет использовать как "троянского коня" для доставки жизненно важных средств защиты в цитрусовые деревья.
Эта инфекция — болезнь желтых жилок цитрусовых — была обнаружена 64 года назад в Риверсайде и больше нигде в мире не встречалась. Десятилетия спустя исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде (UCR) наконец расшифровали генетические коды связанного с ней патогена. Это значительный шаг к использованию его уникальных свойств.
Статья, описывающая эту работу, недавно опубликована в журнале Frontiers in Microbiology. Она открывает путь к проверке гипотезы: может ли эта, по-видимому, безвредная инфекция служить средством доставки антибактериальных и противовирусных агентов в сосудистую систему растений цитрусовых, где обычно и происходят заражения.
Будущее цитрусовых культур находится под большой угрозой из-за болезни Хуанлунбин (HLB), также известной как позеленение плодов цитрусовых. За последнее десятилетие это заболевание привело к снижению на 72% объема апельсинов, используемых для сока, и на 21% — на рынке свежих цитрусовых фруктов в США. Производители в других частях мира также сильно пострадали, и болезнь продолжает неуклонно распространяться.
Хотя для борьбы с HLB разрабатываются перспективные методы лечения и устойчивые гибриды, ни один из них пока не доступен в коммерческом масштабе.
Клетки используют РНК для преобразования информации, хранящейся в ДНК, в белки, выполняющие различные функции. Болезнь желтых жилок связана с небольшой, самостоятельно подвижной РНК (iRNA), которая распространяется по сосудистой системе растения. Этот механизм распространения может стать новым способом доставки средств для лечения HLB или других болезней внутрь растений.
История этого перспективного исследования началась в 1957 году с профессора патологии растений UCR Льюиса Уэзерса.
"Он обнаружил четыре дерева лаймквата с красивыми, яркими жилками на листьях, почти флуоресцентно-желтыми", — рассказал Георгиос Видалакис, профессор патологии растений UCR и главный исследователь новой статьи.
"Этот цвет был признан симптомом болезни, и ее образцы были помещены в банку болезней Программы защиты клонов цитрусовых, где они ждали нашего изучения десятилетия спустя", — сказал Видалакис.
На основе экспериментов Уэзерса не похоже, что болезнь переносится каким-либо животным или другим микроорганизмом.
"Мы считаем, что она была занесена в лаймкваты в результате единичного события, и как только эти растения были уничтожены, она больше не распространилась на другие цитрусовые в Калифорнии".
Однако исследователи выяснили, как болезнь распространяется между клетками зараженных растений. iRNA маскируется с помощью растительных белков, что позволяет ей проходить через клеточную соединительную ткань. Эта способность перемещаться внутри цитрусовых деревьев может позволить iRNA доставлять защитные молекулы и в другие растения, включая виноград, оливы и какао.
iRNA болезни желтых жилок также удивительно мала даже для микроскопического организма. У растительных вирусов обычно от 4 до 10 генов, каждый из которых выполняет как минимум одну функцию. iRNA этой болезни имеет только один функциональный ген.
"iRNA удивительна, потому что она способна манипулировать клетками растений, чтобы помочь себе реплицироваться, несмотря на наличие всего одного функционального гена", — объяснил Киран Гадхаве, микробиолог UCR, ответственный автор статьи и ведущий исследователь проекта iRNA. "Помимо потенциальной терапевтической ценности, это просто научная диковинка. Это минимально возможный размер".
Хотя исследователи считают патоген безвредным, команда проводит дополнительные испытания, чтобы убедиться, что он не повлияет на качество или количество плодов, высоту деревьев или другие показатели здоровья. Симптомы у деревьев, выращенных в теплице, были слабыми. Сейчас это тестируется в полевых испытаниях в живой лаборатории на опытной сельскохозяйственной станции UCR AgOps.
"Поддержка Совета по исследованиям цитрусовых и наше тесное сотрудничество с Университетом Мэриленда и Silvec Biologics оказываются решающими для перевода этой технологии из лаборатории на ферму", — сказал Гадхаве.
Однажды iRNA можно будет использовать вместе с технологиями редактирования генов, такими как CRISPR, где клетки обучаются распознавать и уничтожать нуклеиновые кислоты вторгающихся патогенов растений. Сначала необходимо преодолеть проблемы, присущие обоим методам, такие как управление непреднамеренными эффектами, стоимость и эффективность доставки.
"Общие ограничения обоих подходов можно преодолеть, объединив их сильные стороны, так же как мы интегрируем различные решения для управления болезнями", — сказал Гадхаве.